地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，所述方法包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。本发明专利技术所述地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，能够提高确定地面注汽管线上任意位置的蒸汽热力参数的精度。

【技术实现步骤摘要】
地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置
本专利技术涉及石油开采领域中的稠油热采领域，特别涉及一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置。
技术介绍
稠油是指地层条件下粘度大于50mp·s(毫帕·秒)，或油层温度下脱气原油粘度为1000至10000mp·s的高粘度重质原油。由于稠油粘度大，因此流动性能较差，甚至在某些油层条件下不能流动，给稠油的开采带来了困难。在油田的石油开采中，由于稠油具有特殊的高粘度和高凝固点的特性，在储层和井筒中流动性差，常规开采采收率低，即无法保证正常的经济产量。为了保证合理的采收率，往往通过降低原油的粘度来采油。由于稠油的粘度对温度非常敏感，随着温度增加，粘度极大降低，流动阻力减小，因此为了开采稠油，目前常用的开采稠油的方式之一为注蒸汽热采技术，包括蒸汽吞吐、蒸汽驱、SAGD(蒸汽辅助重力泄油技术)。具体的，所述注蒸汽热采技术主要是通过将锅炉产生的高温高压湿饱和蒸汽，经过地面管线传输至井口、再由井口通过井筒传输后注入稠油油层，以达到降低稠油粘度的目的。蒸汽的压力、温度、干度等热力参数会由于地面管线输送过程中的产生的热损失和压力损失而发生变化。其中热损失的大小直接影响了注入井筒底部的蒸汽的热力状态，从而决定注蒸汽热采效果的好坏。所述干度是指每千克湿蒸汽中含有干蒸汽的质量百分数的大小，对于注蒸汽热采而言，干度越大，越有利于提高注蒸汽热采的效果。在注蒸汽热采时，需要计算地面管线内蒸汽的热力参数：压力、温度、干度、热损失，基于计算出的热力参数，对地面管线进行改进，以最大限度地减小蒸汽运移过程中的热量损失，提高蒸汽干度，从而提高注蒸汽开采稠油的效果。在地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法中，通常采用的技术是根据动量守恒定律建立管线中蒸汽压降梯度的控制方程。然后根据饱和蒸汽温度压力一一对应的关系计算蒸汽温度。现有的蒸汽热力参数计算方法中，没有考虑地面管线末端，即井口温度压力的约束作用。而在计算压降过程中，特别是涉及摩阻系数取值，若不考虑井口温度压力的约束作用，会使得沿程压降计算偏离真实值。当压力计算具有较大误差时，其会导致根据饱和蒸汽温度压力一一对应的关系计算蒸汽温度也与实际值不符。此外，现有的技术方法中，其干度、热损失求解公式仅依托于管线内蒸汽压力，当压力出现较大误差时，相应地，干度、热损失也很容易使结果偏离真实值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法及装置，能够提高确定地面注汽管线上任意位置的蒸汽热力参数的精度。本专利技术的上述目的可采用下列技术方案来实现：一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；根据所述锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度，所述根据所述锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：(p-p0)/(pN-p0)＝(z-0)/(L-0)(Ts-T0)/(TN-T0)＝(z-0)/(L-0)上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；pN为井口压力，单位兆帕；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；pN为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度Ts；其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：上式中，T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口蒸汽温度、锅炉出口蒸汽干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；根据所述锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口蒸汽温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；所述根据所述锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：(p-p0)/(pN-p0)＝(z-0)/(L-0)(Ts-T0)/(TN-T0)＝(z-0)/(L-0)上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；pN为井口压力，单位兆帕；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；pN为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度Ts；其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：上式中，T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口蒸汽干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。在优选的实施方式中，所述确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失包括以下步骤：设定所述管线微元段上的干度降、绝热层外表面温度；通过所述绝热层外表面温度计算所述管线微元段总热阻，通过所述管线微元段总热阻计算管线微元段热损失；反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线微元段绝热层外表面温度，以获得所述管线微元段中的热损失；根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；循环计算至整个地面管线，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。在优选的实施方式中，所述根据能量平衡定律计算干度包括：建立如下能量控制方程：将锅炉出口蒸汽干度x0作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式：其中，C1＝G(hg-hl)上式中，hg为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；hl为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为锅炉口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρm为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；所述饱和水的焓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；根据所述锅炉口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度。

【技术特征摘要】
1.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度；根据所述锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度，所述根据所述锅炉出口蒸汽压力、温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：(p-p0)/(pN-p0)＝(z-0)/(L-0)(Ts-T0)/(TN-T0)＝(z-0)/(L-0)上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；pN为井口压力，单位兆帕；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；pN为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度Ts；其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：上式中，T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米。2.一种地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，包括：获取计算参数，所述计算参数包括：锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口蒸汽温度、锅炉出口蒸汽干度，井口蒸汽压力、温度，地面管线参数，地面管线外环境参数，计算步长；根据所述锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口蒸汽温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度；所述根据所述锅炉出口蒸汽压力、锅炉出口温度，井口蒸汽压力、温度，地面管线长度，将地面管线内蒸汽压力、温度进行线性化处理，确定蒸汽沿着地面管线任意点的压力、温度包括：建立蒸汽沿着地面管线压力方程、温度方程，分别如下：(p-p0)/(pN-p0)＝(z-0)/(L-0)(Ts-T0)/(TN-T0)＝(z-0)/(L-0)上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；pN为井口压力，单位兆帕；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线压力方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽压力p；其中，地面管线任意位置蒸汽压力的计算公式为：上式中，p0为锅炉出口压力，单位兆帕；pN为井口压力，单位兆帕；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；通过所述地面管线温度方程，确定蒸汽沿着地面管线任意位置蒸汽温度Ts；其中，地面管线任意位置蒸汽温度的计算公式为：上式中，T0为锅炉出口蒸汽温度，单位摄氏度；TN为井口蒸汽温度，单位摄氏度；L为地面管线长度，单位米；z为地面管线任意位置，单位米；根据所述计算步长在所述地面管线长度上划分管线微元段，并建立能量控制方程，以所述锅炉出口蒸汽干度作为初始条件，通过相互耦合的热损失、温度、干度迭代计算，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。3.如权利要求2所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失包括以下步骤：设定所述管线微元段上的干度降、绝热层外表面温度；通过所述绝热层外表面温度计算所述管线微元段总热阻，通过所述管线微元段总热阻计算管线微元段热损失；反复迭代，当所述绝热层外表面温度计算值与设定值满足第一预定精度时，确定所述管线微元段绝热层外表面温度，以获得所述管线微元段中的热损失；根据能量平衡定律计算干度，反复迭代，当所述管线微元段干度降计算值与设定值之间满足第二预定精度时，确定所述管线微元段的干度降；循环计算至整个地面管线，确定地面管线任意位置处蒸汽的干度、热损失。4.如权利要求3所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述根据能量平衡定律计算干度包括：建立如下能量控制方程：将锅炉出口蒸汽干度x0作为初始条件，求解上述方程，得到地面管线任意位置蒸汽干度计算表达式：其中，C1＝G(hg-hl)上式中，hg为饱和蒸汽的焓，单位千卡/千克；hl为饱和水的焓，单位千卡/千克；x为蒸汽干度，无因次量；g为重力加速度，单位米/平方秒；G为锅炉口蒸汽排量，单位千克/小时；q为单位时间内，单位管线长度热损失，单位千卡/(小时·米)；ρm为饱和湿蒸汽密度，单位千克/立方米；A为管线横截面积，单位平方米；θ为管线倾角，单位度；所述饱和水的焓hl与蒸汽温度T的关系式如下：所述饱和蒸汽的焓hg与蒸汽温度T的关系式如下：hg＝12500+1.88T-3.7×10-6T3.2所述ρm饱和湿蒸汽密度计算公式如下：ρm＝Hgρg+(1-Hg)ρl上式中ρl为饱和水的密度，其与蒸汽温度T的关系式如下：ρl＝0.9967-4.615×10-5T-3.063×10-6T2上式中ρg为饱和蒸汽的密度，其计算公式如下：上式中，T为蒸汽温度，单位摄氏度；p为蒸汽压力，单位兆帕；Zg为饱和蒸汽的压缩因子，其与蒸汽温度T的关系式如下：Zg＝1.012-4.461×10-4T+2.98×10-6T2-1.663×10-8T3Hg为饱和蒸汽的体积含汽率，其计算公式如下：上式中，x为蒸汽干度，无因次量；ρg为饱和蒸汽的密度，单位千克/立方米；ρl为饱和水的密度，单位千克/立方米。5.如权利要求3所述的地面注汽管线内蒸汽热力参数计算方法，其特征在于，所述获得地面管线微元段中的热损失包括：采用如下的计算公式计算单位长度地面管线中的热损失：上式中，q为单位时间内，单位长度地面管线中的热损失，单位千卡/(小时·米)；Ts为蒸汽温度，单位摄氏度；Ta为环境温度，单位摄氏度；R为单位长度地面管线中的总热阻值，单位(米·小时·摄氏度)/千卡；通过所述计算步长的数值与所述单位长度地面管线中的热损失的乘积，确定所述地面管线微元段中的热损失。...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨清玲，何金宝，吕孝明，朱静，金璐，邹杨，冯紫微，乔沐，黄丽，霍艳皎，周轶青，李复，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11